PE/Ca（OH）复合材料绿色化无卤阻燃及流变行为研究

摘要

本文以材料与环境协调发展的生态设计理念为指导，研究了无机阻燃剂Ca(OH)2的表面改性及其与阻燃协效剂在聚乙烯中的协同增效作用，并采用AR2000旋转流变仪研究了PE/Ca(OH)2复合材料的流变行为。 第一，筛选铝酸酯、硬脂酸、十八醇、稀土偶联剂等四种偶联剂处理Ca(OH)2，通过熔融共混法制备了PE/Ca(OH)2复合材料，采用AR2000旋转流变仪探讨了偶联剂品种和Ca(OH)2用量对PE/Ca(OH)2复合材料流变特性的影响，考查了PE/Ca(OH)2复合材料的内部网络结构。结果表明：稀土偶联剂、硬脂酸偶联剂对Ca(OH)2表面改性效果相对于铝酸酯、十八醇偶联剂较好；采用稀土偶联剂处理的Ca(OH)2填充PE时，Ca(OH)2的最佳填充量为30-40％。 第二，采用稀土偶联剂对Ca(OH)2或Mg(OH)2进行表面改性，利用氧指数、扫描电镜和热重分析等手段初步探讨了Ca(OH)2和Mg(OH)2复配对PE复合材料的阻燃性能的影响。结果表明：Ca(OH)2和Mg(OH)2复配对PE复合材料的阻燃性能有一定的协同增效作用，当Ca(OH)2添加量为20％，Mg(OH)2为15％时，PE/Ca(OH)2/Mg(OH)2复合材料的阻燃级别达到FH-1级，与仅添加35％Mg(OH)2的PE/Mg(OH)2复合材料达到相同的阻燃级别，说明可以用廉价的Ca(OH)2代替部分Mg(OH)2。 第三，选用聚磷酸铵(APP)、三氧化钼(MoO3)、可膨胀石墨(EG)及微胶囊红磷(MRP)等作为PE/Ca(OH)2复合材料的阻燃协效剂，对PE/Ca(OH)2复合材料的力学性能和阻燃性能进行了较深入的研究，采用热重方法研究了PE/Ca(OH)2复合材料在氮气环境中热失重过程。结果表明：少量协效剂的引入，能使PE/Ca(OH)2复合材料的氧指数提高，且使其热氧化降解过程中生成更多的结实而稳定的炭层，起到一定的阻燃增效作用。 第四，考查Ca(OH)2和MRP复配体系对PE/Ca(OH)2/MRP的力学性能及阻燃性能的影响。结果表明：添加Ca(OH)2与MRP的比值为30：6时，PE/Ca(OH)2/MRP复合材料的氧指数达到27.5％，氧指数协效指数达到4，水平燃烧试验通过FH-1级，且力学性能亦能得到保证，表明Ca(OH)2与MRP并用具有良好的阻燃协同效应。 第五，考查Mg(OH)3/Ca(OH)2/MRP三元复配阻燃聚乙烯的阻燃性能。结果表明：当混合无机粉体的用量[Ca(OH)2：Mg(OH)2=4：3]达到40％以上时，PE复合材料的氧指数都在27％以上，特别当混合无机粉体的用量为60％时，氧指数达到29.5％。

目录

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摘要

中文文摘

第1章绪论

1.1课题背景

1.2无机粉体-偶联剂-聚合物三者间的构效关系

1.2.1以金属离子为核心配位体的偶联剂对无机粉体与聚合物的选择

1.2.2以非金属元素为核心的偶联剂对无机粉体和聚合物的选择

1.3聚烯烃绿色化无卤阻燃研究进展

1.3.1聚烯烃无卤阻燃机理

1.3.2聚烯烃无卤阻燃研究进展

1.4聚合物流变行为研究

1.4.1流变学发展简史

1.4.2聚合物流变学简介

1.4.3聚合物流变学的研究方法

1.4.4填充类聚合物熔体动态流变行为

1.5本研究的目的、意义和创新点

第2章AR2000旋转流变仪研究PE/Ca(OH)2复合材料

2.1前言

2.2实验部分

2.2.1主要原料及实验设备

2.2.2配方设计

2.2.3样品的制备

2.2.4测试方法

2.3结果与讨论

2.3.1偶联剂的选择对PE/Ca(OH)2复合材料的流变行为的影响

2.3.2 Ca(OH)2用量对PE/Ca(OH)2复合材料的的流变特性的影响

2.4结论

第3章PE/Ca(OH)2/Mg(OH)2复合材料阻燃性能初探

3.1前言

3.2实验部分

3.2.1主要原料及实验设备

3.2.2实验方法

3.2.3性能测试

3.3结果与讨论

3.3.1偶联剂的选择对PE/Ca(OH)2/Mg(OH)2复合材料的性能影响

3.3.2 Ca(OH)2的用量对PE/Ca(OH)2复合材料的氧指数影响

3.3.3 Ca(OH)2与Mg(OH)2的配比对PE复合材料的阻燃性能的影响

3.3.4 SEM分析

3.3.5热重分析

3.4结论

第4章协效阻燃剂对PE/Ca(OH)2复合材料阻燃性能影响的研究

4.1前言

4.2实验部分

4.2.1实验试剂与设备

4.2.2实验方法

4.2.3性能测试与表征

4.3结果与讨论

4.3.1阻燃协效剂对PE/Ca(OH)2复合材料的阻燃性能的影响

4.3.2阻燃协效剂对PE/Ca(OH)2复合材料的力学性能的影响

4.3.3 SEM分析

4.3.4协效剂对PE/Ca(OH)2复合材料热失重过程的影响

4.3.5红外分析

4.4结论

第5章微胶囊红磷增效Ca(OH)2阻燃聚乙烯研究

5.1前言

5.2实验部分

5.2.1实验试剂与设备

5.2.2实验方法

5.2.3性能测试与表征

5.3结果与讨论

5.3.1 MRP用量对PE/Ca(OH)2复合材料的力学性能影响

5.3.2 MRP用量对PE/Ca(OH)2复合材料的阻燃性能影响

5.3.3扫描电镜分析

5.3.4 TG分析

5.3.5 MRP增效Ca(OH)2阻燃机理

5.4结论

第6章Ca(OH)2/Mg(OH)2/MRP三元复配阻燃聚乙烯研究

6.1前言

6.2实验部分

6.2.1实验试剂与设备

6.2.2样品的制备

6.2.3性能测试与表征

6.3结果与讨论

6.3.1 MRP用量对PE/Ca(OH)2/Mg(OH)2/MRP复合材料的影响

6.3.2不同无机粉体用量对PE/Ca(OH)2/Mg(OH)2/MRP复合材料的影响

6.4结论

结论

参考文献

攻读学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

个人简历